远程虚拟仪器系统是近年来诞生并发展迅速的一种新型网络测控技术，它不同于一般的信息网络技术，其主要应用于远方有传感器或其他数据接收设备得到的数据的传输与通信。例如，医疗系统远程会诊、环境监测与数据分析等等。本文对远程虚拟仪器中的网络通信、工作原理、实现方案等作了系统的探讨和研究。
虚拟仪器与远程虚拟仪器
随着微电子技术、计算机技术、软件技术和网络技术的高度发展，在科研、工业和医学领域，随着低成本高性能的计算机资源的有效利用，数字化平台逐渐成为测量仪器的基础。仪器技术和计算机技术的深层次的结合创造了虚拟仪器的概念，将计算机(处理器、存储器、显示器等)和整理仪器硬件(A／D、D／A变换器、数字输入／输出、定时和信号处理器等)与用于数据分析、过程通讯及用户图形界面的软件有效地结合起来，就组成了虚拟仪器。
虚拟仪器技术的出现彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式，用户借助整理的仪器硬件平台，调用不同的测试软件，就可以构成不同功能的仪器。虚拟仪器能提供给用户一个充分发挥自己才能和想象力的空间，用户可以随心所欲地设计和构造自己的仪器系统以满足多种多样的测试需求，而所需的只是一些必要的硬件、软件加上整理计算机。仪器的智能化和虚拟化已经成为未来各级实验室以及研究机构发展的方向，“TheSoftisInstruments(软件就是仪器)”正在被广大科技、教学工作者逐步接受。
继“软件就是仪器”的概念之后，出现了“网络就是仪器”的新观念。远程虚拟仪器就是虚拟仪器在网络领域的扩展。远程虚拟仪器技术结合了虚拟仪器技术与网络技术，将虚拟仪器的应用范围拓展到整个Internet网上，使信号采集、传输和处理一体化，一方面可以使许多昂贵的硬件资源得以共享，充分利用现有的实验室资源;另一方面还有利于远程教育实验教学的开展，从而解决限制远程教育中的实验教学进行的难题。因此构建基于Internet上的远程虚拟仪器实验系统已经成为虚拟仪器应用发展的一个重要的环节。远程虚拟仪器结构模式如图1所示。
图1远程虚拟仪器的结构模式
远程虚拟仪器的实现
无论哪种远程虚拟仪器系统，都是将硬件仪器(传感器、调理放大器、A/D卡)搭载到远端服务器上，加上应用软件并和本地的笔记本电脑、台式PC机或工作站等各种计算机通过网络相连而构成的，实现了用计算机和网络技术的全数字化的采集测试分析，因此远程虚拟仪器的发展跟计算机和网络技术的发展步伐完全同步，显示出其灵活性和强大的生命力，Internet为实现远程虚拟仪器系统提供了一个很好的平台，利用浏览器／服务器模式，操控者可以在浏览器端控制远程服务器进行测试以及进行远程实验的操作，从而实现对远地实验系统的远程控制和监控。
远程虚拟仪器是虚拟仪器在网络领域的拓展，除了具备虚拟仪器的全部优点外，主要优势还在于不受地域、环境的限制。用网络技术组建的远程虚拟仪器系统，可以使信号采集、传输和处理一体化，不但可以共享许多昂贵的硬件资源，而且还便于扩展测试系统、提高测试效率，所以应用极为广泛，是科研、教育、开发、测量、检测、计量、测控等领域不可多得的好工具，更值得一提的是它的出现对远程医疗、远程诊断等新兴领域的发展有重要意义，也使现代远程教育的全面开展成为可能，同时也会使教学实验走上一个新的发展高度。
远程虚拟仪器开发和实现方案
Internet网络技术和基于计算机技术的虚拟仪器(VI)系统技术正在推动着远程测控技术的迅速发展。基于Internet的远程测控开发主要研究和讨论基于Web的虚拟仪器技术，本文则基于最流行的现场测控开发平台LabVIEW，讨论了四种用于开发远程虚拟仪器的技术实现过程及其工作原理，并对其实现特点进行了分析。
1.DataSocket技术
LabVIEW具有强大的网络通信功能，这种功能使得LabVIEW的用户可以很容易地编写出具有强大网络通信能力的LabVIEW应用软件，实现远程虚拟仪器。DataSocket是LabVIEW最新提供的一个网络测控系统开发工具，它大大简化甚至免除了网络通信编程，用户使用这种技术可以很容易地在互联网上实现高速实时数据交换。借助它可以在不同的应用程序和数据源之间共享数据并进行实时数据（Livedata）的传输。图2描述了DataSocket的体系结构。
DataSocket可以访问本地文件以及HTTP和FTP服务器上的数据，并为低层通信协议提供了统一的API函数，编程人员无需为不同的数据格式和通信协议编写具体的通信程序代码。DataSocket使用一种增强型数据类型来交换仪器类型的数据，这种数据类型包括数据特性(如采样率、操作员、通道数、时间、及采样精度)和实际测试数据。
DataSocket遵循了TCP/IP协议，并对底层进行了高度封装，所提供的参数简单友好，用类似与Web中的统一资源定位符(UniformResourceLocator，URL)定位数据源，URL不同的前缀代表了不同的数据类型。FILE表示本地文件，HTTP为超文本传输资源，FTP为文件传输服务器上的资源，OPC表示访问的资源是OPC服务器，DSTP(DataSocketTransferProtocal，DataSocket传输协议)则说明数据是来自DataSocket服务器的实时数据。
2.基于ActiveX技术
组件式技术已经成为当今软件技术的潮流之一，组件式技术是一种广泛的体系结构，支持包括设计、开发和部署在内的整个生命周期计算的理念，它将彻底改变目前软件生产和开发的模式。组件是一种能够提供某种服务的自包含的软件模块,它封装了一定的数据（属性）和方法,并提供特定的接口,开发人员利用这一特定的接口来使用组件,并使其与其它组件交互通信,以此来构造应用程序，用户可根据自己的需求灵活购买软件组件。他们只需编写一些“胶水编码”将各个组件“粘”起来，便可构建自己的应用系统，就如同今天我们购买板卡组装计算机一样简单。
目前，基于组件式技术的规范主要有Microsoft的COM／ActiveX和Sun的Java／JavaBeans。由于Microsoft的Windows操作系统已经成为桌面PC操作系统的事实上的标准，所以COM／ActiveX得到了许多第三方厂商的支持。利用COM／ActiveX技术，我们可创建各式各样的桌面和Internet应用程序。ActiveX控件技术是COM／ActiveX技术的重要组成部分，是COM技术在Internet上的扩展。ActiveX是一种可以在应用程序和网络十计算机上重复使用的程序对象。创建它的主要技术是Microsoft的COM／ActiveX技术，组件对象模型(COM)是其基础。ActiveX控件可以以小程户下载装入网页，也可以用在一般的Windows应用程序环境中。
ActiveX控件可以由不同的可以识别Microsoft的COM技术的语言开发，它是一个组件，它可以在同一个或分布式的计算环境中开发或使用。COM的分布式支持技术称为DCOM。在实现中，ActiveX控件是一个动态链接库(DLL)模块，它包括在容器(包括COM程序接口的应用程序)当中,这种可重复使用的组件技术可以加快开发速度和质量。
通常情况下，基于以下三点可以考虑采用ActiveX控件实现远程测控功能:
浏览器对组件技术，尤其是ActiveX的广泛支持;
ActiveX控件在客户端的执行效率要高于JavaApplet;
易于开发，Delphi开发的程序可以直接以ActiveX控件形式进行网络开发。
在远程测控系统开发中，我们可以用BorlandDelphi开发平台对远程测控客户端软件进行重新开发，并以ActiveX控件的形式进行封装。当客户端在访问服务器网页时，会自动下载和运行该ActiveX控件程序，从而实现了类似JavaApplet程序所实现的功能。
3.基于JavaApplet技术
(1)JavaApplet技术的特点
首先，Applet程序是从服务器端自动下载到客户端执行，并且是嵌入到浏览器中运行。对用户而言，这与一般的上网浏览没有任何区别，Applet只能在浏览器环境内运行，只需所用的浏览器支持Java即可，而当前几乎所有的浏览器均支持Java并拥有Java虚拟机，无须下载插件。而且，Java方便的语言操作能力，无论在界面操作还是程序设计上，均给开发人员带来极大的便利。
其次，Java语言具有强大而完善的网络开发功能。在Applet程序中，很容易就可以实现同远程服务器之间建立连接并控制数据传递。当客户端打开服务器网页时，会自动下载和启动Applet程序，这样，客户端只需简单操作Applet程序即可控制远端系统工作和结果数据传输。
第三，由于Java本身是一种优秀的跨平台语言，这使得无论在Windows操作系统还是Unix系统抑或是Linux系统下，针对客户端开发的Applet程序都无须修改而做到完全移植。这一特点很大程度地扩展了远程测控系统的应用范围。
(2)JavaApplet的工作原理及通信过程
应用本方案实现的远程测控系统的基本结构示意图如图3所示。客户端由两个部分组成，一个是网络浏览器，另一部分则是嵌入到浏览器页面中运行的JavaApplet程序，客户端通过Internet和支持JavaApplet的浏览器来访问服务器，自动下载并运行Applet。服务器端由Web服务器、LabVIEW程序和DataServer三部分组成。Web服务器为客户端提供WWW服务，使得客户端能够通过浏览器访问服务器。LabVIEW程序负责服务器端的现场测控。而DataServer一方面同客户端JavaApplet程序建立网络连接，作为Applet程序的数据服务器，按受客户端Applet程序的请求并传送数据;另一方面又负责响应Applet程序的请求，以客户方式对LabVIEW程序进行相应的控制。
具体过程如下:
①客户端Web浏览器请求服务器端的网页，JavaApplet自动下载到客户端并启动运行。建立客户端于服务器端DataServer的网络连接。
②Applet向DataServer发送数据请求，实现数据接收和显示。
③Applet程序获取鼠标和键盘事件，并发送到服务器端的DataServer，DataServer对LabVIEW程序进行相应的控制，从而间接实现远程控制。
4.AppletVIEW技术
AppletVIEW是NacimientoSoftwareCorporation的产品，它能够把由LabVIEW以及LabWindow/CVI生成的虚拟仪器到Web上。
(1)AppletVIEW技术的特点
客户端程序采用AppletVIEW开发实现，AppletVIEW是一个为LabVIEW开发Web应用程序的软件，可以实现B/S模式虚拟仪器。它为服务器端提供了网络开发的G语言支持，从而在服务器端，可以在LabVIEW平台上结合AppletVIEW的功能更好的解决网络多用户问题。而且，数据的传输是基于Socket的一种传输方式，具有较高的数据吞吐量。针对客户端程序开发，AppletVIEW提供了一个友好的可视化开发环境和―些测控常用的组件，这个环境也加快了客户端程序的设计开发。
(2)AppletVIEW的工作原理及通信过程
AppleWIEW开发包的一部分是VITP服务器，它负责处理本地仪器和远端仪器的经由Web的通信。在服务器端的仪器系统里，它作为LabVIEW程序运行，提供了一个在AppletVIEW子仪器和远端仪器之间的接口界面。此服务器管理经过AppletVIEW子仪器的来自以及送入虚拟仪器的数据，并且通过JavaAppletID以及一组数据管道在本地仪器和远端仪器间进行通信。在远端可以监控本地仪器的运行状态，具体通信过程如图4所示，过程描述如下:
1-2:Web浏览器从Web服务器请求HTML页面，Web服务器发送此页面到Web浏览器。
3-4:在浏览器端，带有
5:服务器发送AppletVIEW.jar到Web浏览器。
6-7:AppletVIEW.jar加载后，程序开始运行，请求“configureFile”中的参数。
8:Appletbuilder生成的MyApplet.jvi被送到Web浏览器的程序中。
9:Java程序与服务器通过数据端口（默认4749）建立TCP/IP连接，通信过程建立。
链接:四种实现方案比较
基于DataSocket技术的远程测控方案，优点是DataSocket定义了一个测控数据传输协议，从而利用这种方法可以达到很高的数据传输效率，实时性能相当好。缺点是它只能实现C/S模式而不能实现B/S模式，需要同时开发服务器端程序和客户端程序，客户端控制功能太弱，尚有待加强。
基于ActiveX实现方案，在实现上采用Delphi开发，它的优点是开发效率高，而且一旦程序下载成功，比起同样功能的Java程序具有更高的执行速度和效率，占用的系统资源也相对比较少;但是，实验证明，它生成的ActiveX控件程序的尺寸比Java程序要大许多，客户端需要花费大量的时间来下载这个程序。
基于JavaApplet技术的优点是可以实现B/S模式，只需开发服务器端程序，开发效率高，客户端无须下载插件，程序较小便于下载执行;缺点是图像质量差,动态显示有跳动感不连续。
基于AppletVIEW组件技术实现的远程测控方案，可以实现B/S模式，AppletVIEW是第三方开发的远程测控专用组件，为远程测控系统提供了可视化开发环境，能把LabVIEW仪器面板自动生成Java仪器面板，所以具有很高的开发效率。而且，数据的传输是基于Socket的一种传输方式，具有较高的数据吞吐量，缺点是需要修改本地测控程序，并在本地VI程序中调用AppletVIEW提供的一些网络控件VI，来与浏览器端的Java程序通信，从而实现网络测控。
远程虚拟仪器是虚拟仪器在网络领域的拓展，它的许多优点使其应用极为广泛，是科研、教育、开发、测量、检测、计量、测控等领域不可多得的好工具。网络通信技术和虚拟仪器技术相结合是本文的讨论重点，文中对远程虚拟仪器的网络结构及构成、开发方案及工作原理都作了较为系统的研究。最后再给出几点经验和建议:
(1)如果是实验室或小范围的远程测控，可采用C/S模式，客户端实现与服务器直接相连，没有中间环节，因此响应速度快。如果是远距离、大范围的远程测控工作，可采用B/S模式，具有分布性特点，可以随时随地进行操作，而且升级维护方便。
(2)DataSocket定义了一个测控数据传输协议，数据传输效率高，实时性能好，但只能实现C/S模式。而基于ActiveX技术开发效率高，具有更高的执行速度和效率，但生成的ActiveX控件的尺寸较大，客户端需要花费大量的时间来下载这个程序。采用JavaApplet技术可以实现B/S模式，开发效率高，实验证明图像质量差，动态显示有跳动感不连续。基于AppletVIEW组件技术可以实现B/S模式，开发效率高，数据的传输是基于Socket的一种传输方式，具有较高的数据吞吐量，试验结果表明，系统稳定可靠，实时性好。
【关键词】虚拟仪器；发展；应用
1.引言
随着计算机技术、大规模集成电路技术和通信技术的飞速发展，电子测量技术领域发生了巨大的变化；仪器结构的日趋复杂，仪器性能的不断提高，仪器的测试技术已成为测量领域的研究重点。美国国家仪器公司于20世纪80年代中期首先提出基于计算机技术的虚拟仪器的概念，把虚拟测试技术带入了新的发展时期，随后研制和推出了多种总线系统的虚拟仪器。虚拟仪器技术的提出与发展，标志着21世纪测试技术与仪器技术发展的一个重要方向。虚拟仪器代表着从传统的以硬件为主的测量系统到以软件为中心的测量系统的根本性改变。
2.仪器发展过程
到目前为止，电子测量仪器的发展大致分为4代，第1代为模拟仪器，如指针式万用表；第2代为数字化仪器，如数字频率计，此类仪器目前应用甚为广泛；第3代是智能仪器，不但可以自动检测，还能处理数据；第4代就是虚拟仪器，完全由计算机控制。
一立的装置是传统仪器的特征，传统仪器由操作面板、信号输入端口、检测结果输出等几部分组成。传统仪器用硬件电路或固化软件实现其功能。这种只能由仪器厂家来定义、制造的框架式结构决定了传统仪器的用户无法随意更改其结构和功能。从而也推动了虚拟仪器的面世。
所谓虚拟仪器，就是用户在整理计算机上加上软件和硬件，根据自己的需求定义和设计仪器的测试功能，使得使用者在操作这台计算机时，就像在操作一台他本人设计的专用传统仪器一样。
虚拟仪器由计算机、应用软件和仪器硬件组成。其核心思想就是利用计算机的软、硬件资源，将原本需要硬件完成的任务软件化，所以应用软件是虚拟仪器的核心。其硬件系统又分为仪器硬件和计算机硬件。
3.虚拟仪器的应用
随着虚拟仪器的发展，现在根据采用总线方式的不同可以将其分为5类：PC总线-插卡式虚拟仪器、并行口式虚拟仪器、GPIB总线式虚拟仪器、VXI总线式虚拟仪器、PXI总线式虚拟仪器。其功能和性能不断地提高，虚拟仪器不仅有着比传统仪器更为先进的功能。虚拟仪器的已经在各个领域得到广泛的应用，例如基于VXI总线的军工虚拟仪器和基于虚拟仪器的边界扫描测试系统等。
（1）虚拟仪器在测量方面的应用。虚拟仪器系统的开放性和灵活性以及可以与计算机技术发展保持同步，使得它在测量方面不仅能提高精确度，降低成本，还能节省用户的开发时间。
（2）虚拟仪器在监控方面的应用。用虚拟仪器可以随时采集和记录从传感器传来的数据，并进行统计、数字滤波、频域分析等处理，从而实现监控功能。这一应用已经在氡室温度监测和水质监测以及锅炉监控等系统中得到充分体现。
（3）虚拟仪器在工程处理中的应用。在工程处理的每一个阶段，虚拟仪器均能提供出色的服务：从研发、设计到生产测试。比较典型的是基于LabVIEW的虚拟仪器，它集报警管理、历史数据追踪、安全、网络、工业I/O、企业内部连网等功能于一身。在生产过程中，这些功能可以轻松地将多种工业设备集成在一起使用，减少传统仪器设备的数目。
（4）虚拟仪器在远程教育方面的应用。越来越多的教学部门开始用虚拟仪器建立教学系统，不仅节省开支，而且由于虚拟仪器系统具有灵活、可重复利用性强等优点，使得教学方法也更加灵活了。
（5）虚拟仪器报表生成技术的应用。LabVIEW生成的计量检定报表及访问Access测试信息数据库可以方便快捷的完成出具记录、鉴定报告这一任务。使得工程技术人员以一定格式的报表形式输出测试结果和测试信息更为方便。
4、虚拟仪器的发展展望
虚拟仪器是与计算机软硬件技术、通信技术及网络技术同步发展的，后者的高速发展给前者提供了广阔的天地。高效、高速、高精度和高可靠性以及自动化、智能化和网络化的测控仪器即将面世。虚拟仪器将因为开放式数据采集走上标准化、整理化、系列化和模块化的道路。
4.1虚拟仪器对军事领域的影响
我国虚拟仪器的构想是在我国国防工程核试验中萌发和实现的，由此可见虚拟仪器和军事领域的密切关系。在虚拟仪器系统中仿真无人飞机、导航和控制。
现代军事野战中，军用电站是强有力的后备军，但是传统仪器不能灵活地对军用电站进行谐波分析。为了取代EMC系统和谐波分析仪昂贵且功能固化且不能满足不同场合对军用电站的谐波分析这个问题，我们利用虚拟仪器研发了基于LabWindows/CVI的军用电站谐波分析系统。这个系统功能可以根据需要扩展，为未来自动化测试奠定了基础。
4.2虚拟仪器在现代农业中的应用前景
虚拟仪器系统可用于农产品的自动检测，农产品自动划分等级，农田的自动化监测以及种子和细胞生物特性的研究。根据我们在计算机中模拟植物在现实中的生长状况得到的植物形态结构和生长规律，从而更好地提高农产品的质量。
提高农作物产量是农业发展的根本目的。众所周知，袁隆平院士被称为“杂交水稻之父”，依据他的理论，我们可以通过计算机设计不同的植株并模拟其生长，从而选出理想的植株作为母本造福人类。现代农业中，已经有中国农业大学研发的精播机虚拟系统和美国基于LabVIEW的自动化灌溉系统这样得到广泛应用的虚拟仪器。相信虚拟仪器的设计和研发在现代农业中将有着不可估量的作用。
此外，虚拟仪器在汽车、导弹方面也有深远影响。如汽车的防抱制动系统。我国自主研发的DASP虚拟仪器产品在1988年用于钱塘江大桥模态试验、1995年用于长三捆运载火箭全箭模态试验、1996年用于“神舟”号载人飞船移动发射平台模态试验、2004年用于航天员超重训练设备臂架系统和2008年用于北京奥运会场馆鸟巢的动态测试都获得了成功。
这些都充分证实了虚拟仪器不可限量的发展前景。相信在创新的基础上，虚拟仪器将会与物联网和云计算等高端科技集成更高级的仪器并成为未来测量机器的核心。
5.结语
功能和规模固定，只可以连接有限的设备并且技术更新慢，由仪器厂商定义的传统仪器。由于它复杂的工艺，至今在我国还没有形成一定的规模，大部分依赖进口，这使我国在世界测量仪器市场很被动。虚拟仪器取代传统仪器已经成为必然。作为新兴的虚拟仪器，各国都处于研究初期阶段，这给我国提供了一个大好机会，我们应着眼未来，使虚拟仪器在我国有突飞猛进的发展。
参考文献
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关键词：虚拟仪器；数字信号处理；教学创新
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2014）43-0117-03
一、引言
随着现代计算机和信息技术的不断发展，数字信号处理在当今高科技领域有着极为重要的地位和广泛的用途[1]。然而它的基础课程却处于教难、学更难的境况中，并且，学生即使掌握了理论知识，也很难灵活应用至实践中[2]。调研国内外数字信号处理课程教学，上述问题主要归因于两个方面：一方面是传统的教学形式单一，仅依赖文字帮助理解基本理论[3-5]；数字信号处理课程不同于其他课程，它是基于“高等数学”、“大学物理”等公式和推导较多的学科，理论性强，极具抽象性，有大量的算法和晦涩难懂的基本理论[6]。在课堂教学中教师仅采用Powerpoint软件编制的课件不够直观，许多内容学生很难透彻理解。其次，数字信号处理是适应高速数字集成电路的面市应运而生的，其大量的计算算法适于在计算机上实现，对于人来说则运算量大且烦琐，学生们难以亲手验证，因而经常得不到形象化的结果，使得对理论的理解难以透彻，实际应用中总有一层障碍。另一方面是受限于传统实验室的模式和格局，数字信号处理课程的实验教学环节严重缺失[7-9]；信息类专业课程有很强的实用性，其受众广，且信息量大，然而因实验场地、设备、资金等因素，目前单一的传统实验室已完全不能满足学校完成教学任务，很难开展实验教学，很多院校根本没有配套开设实验教学。然而，实验教学是高等院校培养高素质合格人才的重要实践性环节，在培养学生的实践能力、研究能力、创新能力和综合素质等方面有着其他教学环节所不能替代的独特作用。若学生们缺乏实验教学环节，在实际应用时则会显得有些束手无策，实际动手能力和创新能力也亟待增强。若不能在教学中突破以上两个瓶颈问题――单一的教学形式和传统的实验室建设模式及格局，数字信号处理课程的教学质量和教学效果将大打折扣。
二、虚拟仪器技术在教学应用中的优势
伴随着虚拟仪器技术的发展及其在国内的普及，它可为数字信号处理课程的教学提供新的思路和巨大变化。突破传统教学手段，深入融合虚拟仪器技术，全面创新数字信号处理课程教学方法应运而生[10-11]。虚拟仪器是将现有的计算机技术、软件技术和高性能模块化的硬件结合在一起而建立的功能强大又灵活易变的仪器，其强调硬件是基础，软件是核心，使用者可通过修改软件，方便地修改和增加仪器的功能和规模，性价比高[12]。模块化硬件体积小，便于携带，可“装入”计算机，即能与计算机互联互通。软件开发平台可选择图形化编程语言LabVIEW，它具有功能强大的数据分析函数，可以非常灵活地为教学中的理论知识设计各种虚拟仪器。同时，它也将使用者从复杂的文本编程语言中解脱出来，将重心专注于软件的功能。这使得教师可在很短的时间内开发出虚拟仪器课堂应用，把书本上理论性较强的知识转换成直观性很强的动态图形，加深对理论知识的理解。由于虚拟仪器使用的硬件大多是整理的，各种专业仪器的功能主要依靠软件实现，将虚拟仪器引入至实验教学中，必将大量减少设备经费的支出和节省实验场地的空间，学生们也能感受和应用先进的科学技术和手段，积极主动地学习。因此，根据数字信号处理课程的特点，基于虚拟仪器技术开发虚拟辅助教学软件和构建虚拟实验教学平台，全面创新数字信号处理课程教学方法和体系。这对活跃课堂气氛，增强学生学习兴趣，提升学生基本技能，提高教学质量，巩固教学效果等将具有非常重要的意义。
三、创新课程教学形式，开发虚拟辅助教学软件
虚拟辅助教学软件是基于虚拟仪器技术开发的教学演示子系统。针对数字信号处理课程中许多难以理解的抽象概念与性质，对应每一章的内容相应制作多个精致的演示程序，用丰富而具有动感的彩色图形把课程中疑难之处用生动形象的形式展现出来，使学生加深理解。下面以“窗函数”为例，具体阐述虚拟辅助教学软件如何进行辅助教学。在数字信号处理课程中，为了减少频谱能量泄漏，可采用不同的截取函数对信号进行截短，截断函数称为窗函数，简称为窗。在教学演示子系统中，基于虚拟仪器技术开发出窗函数比较动态演示程序，其前面板和程序框图分别如图1和图2所示。针对同一个信号施加不同的窗函数，让学生观察频域波形的变化，从而体会窗函数的性质和特性。这样动态形象的演示让学生能感性地认识到窗函数之间的不同，加深对窗函数的理解。
从以上应用实例可发现，通过利用虚拟辅助教学软件，不仅能够采用文字和静态图形直观地展示教学内容，还能通过动态图形生动形象地阐述教学内容，更易于学生理解所学内容。采用PPT课件和虚拟辅助教学软件结合授课，教学形式新颖，教学内容生动，教学效果更好。
四、完善课程教学体系，构建虚拟实验教学平台
虚拟仪器使用的硬件大都是整理的，各种专业仪器的差异主要靠软件实现。依托虚拟仪器技术、计算机技术、电子技术和通信技术等，融合多种模块化硬件设备构建高校虚拟实验教学平台，具有无可替代的优势和广阔的发展前景。图3为虚拟实验教学平台架构，由n台计算机及相关硬件如采集卡、信号调理箱、电工实验箱等组成，形成一个局域网，并与校园网连接，方便学生随时随地接入进行实验。
虚拟实验教学平台充分利用虚拟仪器技术和计算机高速计算的优势，给学生提供实用的信号仿真、分析处理、设计等工具，不仅可以快速便捷地得到所需的信号数据或计算结果，而且能把这些结果绘制成图形，给学生以非常形象化的感性认识。数字化的实验结果存储，加上网络传输能力，使实现远程实验教学成为可能，虚拟实验教学平台让实验随时随地进行。整个实验也许只需要一套硬件设备，其他是由软件来实现的，这样可以大大节省实验设备和场地的资金投入，即共享教学设施，节约现实教学资源。虚拟实验教学平台具有灵活、成本低、网络化等特点，在高校的教学乃至科研中将发挥极大的作用。与传统的实验室相比，虚拟实验教学平台的优势主要体现在：（1）传统仪器的功能仅由厂家定义，虚拟仪器在很大程度上功能可由使用者自行定义和设计，便于开展研究性或设计型的实验。（2）各种测量仪器不应当再是彼此相互孤立的，能够与计算机相联，组成一个以一台计算机为中心的测量环境（系统）。（3）计算机进一步组成网络，因而形成一个网络化的仪器与测量环境（系统）。虚拟实验教学平台能够为学生提供高性价比的实验教学条件，让教学环节从课本延伸到实验，加深对理论教学的深入理解，巩固教学成果，培养学生实践动手和创新能力，提高学生技能水平，让学生今后无论是直接就业还是继续深造都更具竞争力。
五、结论
针对数字信号处理课程教学中存在的问题，深度融合虚拟仪器技术，全面创新和改革数字信号处理课程的教学形式和体系，开发出虚拟辅助教学软件和构建虚拟教学实验平台，将课程中抽象和复杂的理论知识以形象和易于理解的方式传达给学生，完善实验教学环节，将理论与实际联系起来，以期激发学生学习兴趣，提高教学质量，巩固教学成果，培养学生的动手能力和创新能力，提升学生的社会竞争力。
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